Качествена оценка на скалните масиви на изследваните кариери във връзка с високоскоростното железопътно строителство у нас

Ас. инж. Росен Нанкин, доц. д-р. инж. Радослав Върбанов, ас. инж. Боян Петров, ас. инж. Димитър Фотев, УАСГ Като страна – членка на ЕС, от България се изисква да бъдат вдигнати скоростите на главните железопътни линии за осигуряването на развиващ се железотранспорт. При извършващите се реконструкции скалните материали, ползвани за изграждането на баластровите призми, в повечето случаи не отговарят на изискванията на европейските норми за високоскоростното жп строителство. За частично решаване на проблема със скалните масиви, подходящи за използване като инертни материали, са извършени описаните по-долу полеви изследвания. Потърсени са корелационни зависимости между отделни геотехнически характеристики, получени от полевите и лабораторните изследвания. Въз основа на резултатите бъдещите проучвания могат да се оптимизират по стойност и обем. Увод Лабораторните изследвания за определяне на качествата на материалите, които могат да се използват за баластрови призми, изискват дълъг период от време. Целта на настоящето проучване е чрез полевите изследвания да се даде предварителна геотехническа оценка за скалните комплекси, подходящи за използване като инертни материали за жп строителство. Качествената оценка характеризира цялостното състояние на скалните масиви по няколко признака, които в една или друга степен определят качествата на материалите за изграждането на баластровите призми на жп линиите. Полевите изследвания на скалните масиви са проведени в районите на следните кариери: Бов (диабаз), Карлуково (варовик), Хотница (варовик), Златна нива (органогенен варовик), Сини вир (варовик), Добромир (варовик), Българово (трахиандезит), Горно Езерово (андезит), Струпец (кварцит), Дядово (доломит), Братя Кунчеви (андезитови туфи) и Черепиш (варовик). (В скоби са дадени скалните видове, изграждащи изследваните масиви.) Методика Качествата на скалните масиви се определят основно от геотехническите характеристики, които са в пряка зависимост от произхода, строежа и състоянието, в което се намират на земната повърхност. Оценката, която е направена, в голяма степен отразява моментното състояние (при разкрити скални откоси) на масива и механичните свойства на скалите, изграждащи различните комплекси на разглежданите кариери. Като оценяващ фактор е използвана класифи­кационната RMR (Rock Mass Rating) система, базираща се на следните показатели: якост на скалите; показателя RQD за качество; разстояние между пукнатините; състояние на пукнатините; хидрогеоложки условия; ориентация на пукнатините. За всеки от изброените шест признака (показателя) се дават точки (балове), след което въз основа на общия бал (точки) се класифицират скалните масиви. Определеният клас дава една добра геотехническа характеристика за състоянието на скалните масиви. Полевите изследвания се състоят в измерването на якостните параметри с помощта на склерометъра на Шмит (конструиран за изследване на скални масиви), пространственото положение на основните пукнатинни системи, образувани в скалните масиви посредством геоложки компас, визуално описание на състоянието на пукнатините. За определяне на качествения показател RQD са използвани вертикални профили с дължина 2 m за определяне на гъстотата и състоянието на пукнатините. Доверителните интервали и съответните балове на всеки от гореописаните 6 показателя са дадени в табл. 1. Обработката на резултатите от заснемането на ориентацията на основните пукнатинни системи е извършено по метода на стереографските проекции, който използва диаграмата на Шмит. На нея са нанесени проекциите на полюса и дирята на съответната пукнатинна система. За нанасянето на проекции са използвани елементите на залягане на пукнатинните системи, които са ъгълът на посоката на потъване и ъгълът на наклона. Резултати След обработката на показателите, получени при изследванията на скалните масиви, се получиха следните стойности за RMR, дадени в табл. 2: От получените резултати могат да се направят няколко констатации: кариерите, изградени от карбонатни скали (варовици), се характеризират като клас IV, отговарящ на слаб масив, като с най-ниска стойност на RMR = 32 имат варовиците от кариера Златна нива. Изключение от карбонатните скали са доломитите на кариера Дядово с RMR = 44, съвпадащ с останалите кариери, изградени от различни по произход скали – магмени (диабази), метаморфни (кварцити) и пирокластични седиментни (андезитови туфи). Стойността на RMR ги класифицира като клас III, който ги определя като средно здрави масиви. Елементите на залягане, характеризиращи пространствената ориентация на пукнатинните системи, оформящи раздробеността на скалните масиви на отделни скални късове, са получени посредством директни измервания чрез геоложки компас и резултатите са дадени в табл. 3. На база на извършените полеви и лабораторни изследвания е направен корелационен анализ между RMR и стойностите, получени в лабораторни условия за показателите Micro-Deval и Los-Angeles. С относително добра корелация се получиха зависимостите за скалните масиви, категоризирани по RMR като средно здрав масив (клас III) с корелационни коефициенти R2 = 0,89 за коефициента на Micro-Deval и R2 = 0,64 за коефициента на Los-Angeles, които са показани на фиг. 2 и фиг. 3. Заключение Може да се каже, че полевите изследвания дават една предварителна, достоверна оценка за състоянието на скалните масиви, които могат да се ползват като инертни материали за жп строителство. По класификационния показател RMR са определени основно две групи скални масиви: карбонатни седиментни скали (варовици), характеризиращи се като слаба земна основа (клас IV), и останалите по произход скални масиви (диабази, кварцити, андезитови туфи и доломити) като средно здрав скален масив (клас III). Класификацията на скалните масиви от различните кариери за повечето от тях съвпада с визуалното описание на терена. Резултатите от корелационните изследвания показват сравнително добра корелационна зависимост за скалните масиви, класифицирани като средно здрав масив, докато за останалите масиви, класифицирани като слаби скални масиви, корелационни зависимости между изследваните характеристики не са установени. За изясняване на вероятни корелационни зависимости между полските изследвания и резултатите от лабораторните изпитвания са необходими повече и по-задълбочени изследвания. ЛИТЕРАТУРА 1. Илов, Г. Приложна механика на скалите. УАСГ, Геотехника. С.: 2009. 2. Hoek, Ev. Practical Rock Engineering. Evert Hoek Consulting Engineer Inc. North Vancouver: 2006.